Frontiers for Young Minds

We weten dat het menselijk brein de meest complexe structuur is. Het heeft ongeveer 80 miljard zenuwcellen, neuronen genaamd. Tachtig miljard (80.000.000.000)! Dat is meer dan 10 keer zoveel neuronen als er mensen op aarde leven. Neuronen praten met elkaar met behulp van speciale chemische stoffen, neurotransmitters genaamd. Neurotransmitters zijn als chemische woorden die “boodschappen” van het ene neuron naar het andere sturen. Er zijn veel verschillende soorten neurotransmitters: sommige stimuleren neuronen, waardoor ze actiever worden; andere remmen ze, waardoor ze minder actief worden. Neuronen besturen letterlijk alles wat je doet.

De neuronen zijn de bouwstenen van je hersenen

Neuronen zijn er in vele vormen, vormen en maten, maar het is handig om een neuron te zien als een boom. Een neuron heeft drie hoofdonderdelen, het cellichaam, een axon en de dendrieten (figuur 1). In de stam van de boom (het cellichaam) wordt genetische informatie (DNA) opgeslagen in een compartiment dat de celkern wordt genoemd. Het cellichaam bevat ook de chemische machinerie om de neurotransmitters te produceren die het neuron gebruikt om met elkaar te communiceren.

De boomtakken (dendriet, het woord déndron komt uit het Grieks en betekent eigenlijk “boom”) zijn de delen van een neuron die signalen ontvangen. Dendrieten werden vroeger beschouwd als een soort antennes, die alleen signalen van andere neuronen opvangen, maar, zoals ik uitleg, kunnen ze meer dan dat.

De boomwortel (axon) is de structuur die door een neuron wordt gebruikt om verbinding te maken met en te praten met een ander neuron. Een axon vervoert informatie, vergelijkbaar met een kabel die elektriciteit vervoert. Wanneer een neuron een boodschap wil delen met een ander neuron, stuurt het een elektrische impuls, een actiepotentiaal genaamd, langs zijn axon tot aan het axonuiteinde, aan het uiteinde van het axon. Denk aan een axon terminal als een luchthaventerminal. Een luchthaventerminal is gevuld met passagiers die wachten op vertrek, terwijl een axonterminal gevuld is met neurotransmitters die wachten op vervoer naar het volgende neuron.

Wat zijn de verschillen tussen bekabelde en draadloze transmissie?

Als de actiepotentiaal de axonterminal bereikt, wordt een deel van de neurotransmitters in de terminal gedumpt in een kleine ruimte tussen de terminal en de dendriet van een ander neuron. Dit gat wordt een synaps genoemd – het is zo klein dat het wordt gemeten in nanometers of miljardsten van een meter. De neurotransmitter steekt de synaps over en bindt zich aan een gespecialiseerde plaats, een receptor genaamd, aan de andere kant. Elke neurotransmitter bindt zich alleen aan zijn specifieke receptor, net zoals een sleutel alleen in een bepaald slot past. Afhankelijk van de neurotransmitter stimuleert of remt hij het andere neuron, waardoor het meer of minder geneigd is een eigen actiepotentiaal af te vuren. Dit alles gebeurt met zeer grote precisie en wordt steeds herhaald. Aangezien het signaal met zeer hoge snelheid van het ene neuron naar het andere wordt doorgegeven (tot 100 m/s of 223 mph; sneller dan het snelste landzoogdier, het jachtluipaard, dat kan versnellen tot een snelheid van 29 m/s of 64 mph), wordt deze vorm van communicatie tussen neuronen ook wel “draadtransmissie” genoemd. De neurotransmitters geven “gefluisterde geheimen” rechtstreeks door van het ene neuron naar het andere; zij dragen een boodschap over die alleen op een bepaalde tijd en plaats van belang is. Een manier om na te denken over “bedrade transmissie” is te denken aan een lichtschakelaar, die een bepaalde gloeilamp aan of uit zet.

Sommige neurotransmitters, met name een soort die neuropeptiden wordt genoemd, zijn anders. Neuropeptiden komen vrij uit vele delen van een neuron, waaronder de dendrieten. In plaats van te worden vrijgelaten in de kleine synaps tussen een axonaal uiteinde en een ander neuron, worden ze vrijgelaten in de vloeistof die de ruimtes tussen neuronen vult, en verspreiden ze zich door de hersenen om receptoren te bereiken die zich op verafgelegen doelen bevinden. Eén manier om over diffusie na te denken is door je een weg te banen door een bos (Figuur 2). Van het ene punt naar het andere gaan als er geen bomen staan, is heel eenvoudig en snel. Zodra er veel bomen zijn, zou het veel meer tijd kosten om van het ene punt naar het andere te gaan, omdat je om de bomen heen moet. Dit soort signalering gaat dus veel langzamer dan signalering bij synapsen, maar uiteindelijk zullen de neuropeptiden de meeste delen van de hersenen bereiken. Maar alleen hersengebieden met de juiste receptoren kunnen op de neuropeptiden reageren. Het vrijkomen van neuropeptiden door dendrieten is dus, net als Wi-Fi, een draadloos signaal – deze boodschappen zijn “openbare mededelingen” die niet van de ene cel naar de andere worden gezonden, maar van de ene groep neuronen naar de andere groep neuronen .

Oxytocine en Vasopressine kunnen gedrag beïnvloeden door “draadloze” signalering

Laat ik een ander voorbeeld gebruiken. De neuropeptiden oxytocine en vasopressine worden gemaakt door grote neuronen in de hypothalamus, een deel van de hersenen dat belangrijk is bij het regelen van veel fysiologische processen van het lichaam. Deze grote neuronen hebben één axon dat helemaal naar een gespecialiseerde klier gaat, de hypofyse, die onderin de hersenen is bevestigd. Van daaruit worden de neuropeptiden door de axonuiteinden rechtstreeks in het bloed vrijgegeven. Oxytocine reist door het lichaam en speelt een rol bij de bevalling en bij borstvoeding. Vasopressine beïnvloedt de bloeddruk en regelt de waterhuishouding van het lichaam via de nieren. Maar beide neuropeptiden komen ook vrij in de hersenen, waar ze verschillende soorten gedrag regelen. Zo helpt oxytocine een moeder om zich met haar kind te binden, en heeft vasopressine invloed op het geheugen en de agressie. De hersengebieden die deze gedragingen controleren, liggen echter soms ver van de cellen die de neuropeptiden maken. Sommige van deze gebieden hebben wel de juiste receptoren, maar geen axonen en terminals in de buurt, zodat “bedrade” signalering door oxytocine en vasopressine niet kan plaatsvinden.

De oxytocine en vasopressine die vanuit de axonterminals in het bloed vrijkomen, kunnen niet opnieuw de hersenen binnenkomen vanwege een vreemde structuur die de bloed-hersenbarrière wordt genoemd. Denk er eens over na, als je ziek wordt, wil je niet dat bacteriën of virussen je hersenen binnendringen! De bloed-hersenbarrière is een laag cellen die de hersenen beschermt tegen ziekteverwekkers, gifstoffen en andere moleculen die in het bloed circuleren. Het voorkomt dat indringers de hersenen binnendringen.

Oxytocine en vasopressine komen echter ook vrij uit de dendrieten van de neuronen, rechtstreeks in de hersenen. Wetenschappers hebben ontdekt dat de afgifte van neuropeptiden vanuit dendrieten (in de hersenen) en vanuit axon-terminals (in het bloed) onafhankelijk van elkaar kan plaatsvinden. De afgifte van vasopressine en oxytocine uit de axonterminals wordt gecontroleerd door actiepotentialen, vergelijkbaar met de afgifte van neurotransmitters die in alle andere neuronen in gang wordt gezet. Sommige chemische signalen in de hersenen kunnen echter de afgifte van neuropeptiden uit de dendrieten stimuleren zonder actiepotentialen op gang te brengen. Doordat op deze verschillende manieren afgifte kan plaatsvinden, kunnen de effecten van neuropeptiden in het lichaam en in de hersenen afzonderlijk worden geregeld. Zo heeft oxytocine niet alleen effecten op het lichaam, zoals bij de bevalling en het geven van borstvoeding, maar stimuleert het ook de kinderverzorgings- en hechtingsacties van de hersenen van de moeder. Dit zorgt ervoor dat de pasgeborene alles krijgt wat dringend nodig is: voeding en liefde (figuur 3) .

Zijn neuropeptiden vergelijkbaar met hormonen?

Het vrijkomen van neuropeptiden door de dendrieten van neuronen lijkt sterk op het vrijkomen van hormonen elders in je lichaam. Hormonen zijn de chemische boodschappers die door klieren worden vrijgegeven en door het bloed naar verafgelegen doelcellen worden getransporteerd. Hormonen kunnen dus cellen stimuleren die zich ver weg bevinden van de klieren waar ze worden geproduceerd. Er zijn veel verschillende hormonen, en ze hebben veel verschillende functies in het lichaam. Zo gaat prolactine, een ander hormoon dat door de hypofyse wordt afgegeven, naar de borst van de moeder waar het de melkproductie stimuleert om borstvoeding te geven. Dit proces van “draadloze signalering” door hormonen lijkt op de signalering door neuropeptiden in de hersenen – neuropeptiden zouden dus “hersenhormonen” kunnen worden genoemd.

Waarom is het belangrijk neurotransmittersignalering te begrijpen?

Enkele van de moeilijkst te behandelen gedragsstoornissen, waarvoor dringend nieuwe therapieën nodig zijn, hebben betrekking op gedragingen waarbij vasopressine en oxytocine betrokken zijn. Zoals hierboven vermeld, is oxytocine betrokken bij de bevalling, borstvoeding, en het gedrag van de moeder ten opzichte van de zorg voor de kinderen. Maar oxytocine is ook belangrijk voor het kind om complexe interacties met anderen te ontwikkelen en te onderhouden. Sommige kinderen met autisme hebben vaak moeite met het begrijpen van en reageren op die interacties, en wetenschappers proberen oxytocine als een mogelijke behandeling (als je hier meer over wilt weten, lees dan het artikel van Daniel Quintana en Gail Alvares in de Frontiers for Young Minds online bibliotheek) .

Andere voorbeelden zijn stoornissen die verband houden met stress en angst, eetstoornissen, stoornissen van middelenmisbruik (inclusief alcoholmisbruik), en stoornissen van seksueel gedrag. Dit zijn belangrijke gezondheidsproblemen met een aanzienlijke impact op de mens. Door beter te begrijpen hoe hersencellen en neuropeptiden op elkaar inwerken, kunnen we misschien manieren vinden om sommige van deze stoornissen te beheersen en de kwaliteit van ons leven te verbeteren.

Glossary

Neuron: Cellen van uw zenuwstelsel, zenuwcellen of neuronen genoemd, zijn gespecialiseerd in het overbrengen van “boodschappen.”

Neurotransmitters: Chemische stoffen die door neuronen worden gebruikt om met elkaar te praten – we kunnen ze zien als “chemische woorden.”

Neuropeptiden: Een speciaal type neurotransmitter. Zij beïnvloeden activiteiten in de hersenen en het lichaam, bijvoorbeeld het regelen van iemands energieniveau.

Hypothalamus: De hypothalamus is een hersengebied dat functies regelt als dorst, eetlust en slaap.

Pituitary Gland: De hypofyse bevindt zich in een kleine, benige holte aan de basis van de hersenen. Hij is verbonden met de hypothalamus. Hij scheidt hormonen af die veel verschillende lichamelijke activiteiten regelen.

Hormonen: Hormonen zijn speciale chemische stoffen die het lichaam maakt om bepaalde dingen te doen, zoals opgroeien en de puberteit doormaken, wanneer je je begint te ontwikkelen tot een volwassene. In deze periode wordt je lichaam overladen met hormonen die aangeven dat het tijd is om te veranderen.

Autisme: Veel kinderen met autisme hebben moeite om te begrijpen wat andere mensen denken en hoe ze zich voelen. Ze kunnen zich ongewoon gedragen, en het kan moeilijk zijn om te begrijpen waarom ze zich zo gedragen.

Conflict of Interest Statement

De auteur verklaart dat het onderzoek is uitgevoerd in afwezigheid van commerciële of financiële relaties die zouden kunnen worden opgevat als een potentieel belangenconflict.

Aankondigingen

Ik wil graag mijn vrienden en collega’s op het werk bedanken die het manuscript van commentaar hebben voorzien, in het bijzonder mijn vrienden David en Gareth die ervoor zorgden dat ik de juiste woorden gebruikte die begrijpelijk waren voor kinderen. Ik wil ook Márta bedanken voor de Purkinje cel afbeelding.

Ludwig, M., and Stern, J. E. 2015. Meervoudige signaleringsmodaliteiten gemedieerd door dendritische exocytose van oxytocine en vasopressine. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 370(1672):20140182. doi:10.1098/rstb.2014.0182

Ludwig, M., and Leng, G. 2006. Dendritische peptide-afgifte en peptide-afhankelijke gedragingen. Nat. Rev. Neurosci. 7:126-36. doi:10.1038/nrn1845

Neumann, I. D., and Landgraf, R. 2012. Balance of brain oxytocin and vasopressin: implications for anxiety, depression, and social behaviors. Trends. Neurosci. 35:649-59. doi:10.1016/j.tins.2012.08.004

Quintana, D. S., and Alvares, G. A. 2016. Oxytocine: hoe verandert de neuropeptide ons sociale gedrag? Front. Young Minds 4:7. doi:10.3389/frym.2016.00007